Hvorfor har planter brug for vand i fotosyntese?

Fotosyntese er den proces, hvor planter, alger og nogle bakterier og protister fremstiller mad fra sollys og kuldioxid. En tredje nøgle ingrediens i denne proces er vand. Elektroner fjernes fra vandmolekylet, der bryder vandmolekylet fra hinanden. Protonerne (hydrogenatomer uden elektronerne) tilsættes til en protongradient, som derefter anvendes til at generere energimolekylet ATP. Oxygenet fra et vandmolekyle kombineres med et andet oxygenatom fra et andet vandmolekyle og frigives som diatomisk oxygen (O2).

Fotosyntese

Fotosyntesens proces kan opdeles i to faser. Den første fase af fotosyntese, der ofte kaldes lysreaktioner, da de er afhængige af lys, genererer energi til det senere stadium af fotosyntese. Den anden fase af fotosyntese benævnes ofte de mørke reaktioner og bruger den energi, der høstes i lysreaktionerne for at fastsætte kuldioxid i sukkermolekyler.

Kloroplaster

Fotosyntese i planter sker i specialiserede strukturer kaldet chloroplasts. Inden for chloroplasterne er stablede membraner kaldet thylakoidmembraner. Thylakoid membranerne indkapsler små rum, der tillader protoner at blive koncentreret på den ene side af membranen. Disse protoner pakkes ind i rummet gennem dekomponering af vandmolekyler og ved enzymer, som bruger elektronerne udgivet fra fotosystemet til at tilføre protongradienten. Denne protongradient kan derefter bruges til at generere kemisk energi.

Photosystems

Fotosystemer indlejret i membranerne hus pigmenter, der indfanger energi og energi elektroner. Efterhånden som elektronerne er aktiverede, overføres de til membranmolekyler, der skaber protongradienten. Protonerne strømmer derefter tilbage over membranen gennem et enzym kaldet ATP-syntase, som genererer ATP, et energimolekyle.

Chlorophyll

Hjertet i fotosystemet er pigmentet chlorophyll. Mens andre pigmenter, såsom carotenoider og xantophyler er til stede i fotosystemet, er det chlorofyl, som giver den elektron, der er aktiveret med lysenergien. Da klorofyl frigiver elektronen til frembringelse af protongradienten, erstattes elektronen med chlorophyllens ioncenter. Klorofylens ioncenter binder sig til vand og fjerner elektronerne fra vandmolekylet.

Chlorophyll-Light Process

Da lyset når klorofyl, frigives en elektron og erstattes. Fire elektroner aktiveres og frigives til dannelse af et oxygenmolekyle fra to vandmolekyler. De resterende hydrogenioner (protoner) frigives til bygningens protongradient, mens oxygenatomerne fra de to molekyler kombineres til dannelse af diatomisk oxygen og frigives fra fotosystemet. Det er vigtigt at bemærke, at det er dette første skridt i fotosyntese, hvor vand er forbrugt og ilt frigives, og denne proces kræver tilstedeværelse af lys.